Was ist Fusionsenergie?

Fusionsenergie ist die Extraktion von Energie aus Bindungen zwischen Teilchen in den Atomkernen durch Zusammenschmelzen dieser Kerne. Um die meiste Energie zu gewinnen, müssen leichte Elemente und Isotope wie Wasserstoff, Deuterium, Tritium und Helium verwendet werden, obwohl jedes Element mit einer niedrigeren Ordnungszahl als Eisen beim Schmelzen Nettoenergie erzeugen kann. Fusion ist im Gegensatz zu Spaltung der Vorgang, bei dem Energie erzeugt wird, indem schwere Kerne wie Uran oder Plutonium auseinandergebrochen werden. Beide gelten als Kernenergie, aber die Spaltung ist einfacher und besser entwickelt. Alle heutigen Kernkraftwerke arbeiten mit Spaltungsenergie, aber viele Wissenschaftler sind zuversichtlich, dass ein auf Fusionsenergie basierendes Kraftwerk vor 2050 entwickelt wird.

Es gibt Atombomben, die sowohl auf Spaltungsenergie als auch auf Fusionsenergie basieren. Herkömmliche A-Bomben basieren auf Spaltung, während H-Bomben oder Wasserstoffbomben auf Fusion basieren. Die Fusion wandelt Materie effizienter in Energie um und erzeugt mehr Wärme und Temperatur, wenn der Prozess in eine Kettenreaktion geleitet wird. Somit haben H-Bomben höhere Ausbeuten als A-Bomben, in einigen Fällen mehr als 5.000-mal höher. H-Bomben verwenden einen Spaltungsverstärker, um die für die Kernfusion erforderliche Temperatur von etwa 20 Millionen Grad Kelvin zu erreichen. In einer H-Bombe wird ungefähr 1% der Reaktionsmasse direkt in Energie umgewandelt.

Fusionsenergie, nicht Spaltung, ist die Energie, die die Sonne antreibt und all ihre Wärme und ihr Licht erzeugt. Im Zentrum der Sonne werden ungefähr 4,26 Millionen Tonnen Wasserstoff pro Sekunde in Energie umgewandelt, wodurch 383 Yottawatt (3,83 × 10 ²⁶ W) oder 9,15 × 10 ¹⁰ Megatonnen TNT pro Sekunde erzeugt werden. Das hört sich nach viel an, ist aber unter Berücksichtigung der Gesamtmasse und des Gesamtvolumens der Sonne recht mild. Die Energieerzeugungsrate im Sonnenkern beträgt nur etwa 0,3 W / m ³ (Watt pro Kubikmeter) und ist damit mehr als eine Million Mal schwächer als die Energieerzeugung in einer Glühbirne. Nur weil der Kern so groß ist und einen Durchmesser von etwa 20 Erden hat, erzeugt er so viel Gesamtenergie.

Seit mehreren Jahrzehnten arbeiten Wissenschaftler daran, die Fusionsenergie für die Bedürfnisse des Menschen nutzbar zu machen. Dies ist jedoch aufgrund der damit verbundenen hohen Temperaturen und Drücke schwierig. Mit der Fusionsenergie kann eine Brennstoffeinheit von der Größe eines kleinen Kugellagers so viel Energie produzieren wie ein Fass Benzin. Leider haben alle Versuche zur Erzeugung von Fusionsenergie ab 2008 mehr Energie verbraucht als sie erzeugt haben. Es gibt zwei grundlegende Ansätze: Verwenden Sie ein Magnetfeld, um ein Plasma auf die kritische Temperatur zu komprimieren (Magnet Confinement Fusion), oder feuern Sie Laser auf ein Ziel, das so stark ist, dass es über die kritische Schwelle für die Fusion erwärmt wird (Inertial Confinement Fusion). Beide Ansätze wurden in erheblichem Umfang finanziert, wobei die National Ignition Facility (NIF) versuchte, eine Inertial Confinement Fusion durchzuführen und im Jahr 2010 online zu gehen, und der International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) versuchte, eine Magnet Confinement Fusion durchzuführen und im Jahr 2018 online zu gehen.